土壤理化因子與土棲節肢動物群落結構特征關系分析

金 娜，孫 元 ,，陳連江，王貴強 ,

（1.黑龍江大學農業資源與環境學院，哈爾濱 150080；2.中國農業科學院甜菜研究所，哈爾濱 150080）

土棲節肢動物適應性強，數量巨大。在農田生態系統中，土棲節肢動物是不可缺少的重要組成部分。土壤中生物多樣性與生態系統的關系密切，很多過程是在土壤中發生，受土壤理化因子所調控。它們在改變土壤的理化性質、促進物質循環等方面，發揮著重要作用。因此，對于土壤理化因子與土棲節肢動物群落結構特征關系的研究，既具有其理論價值也有農業生產實踐意義[1]。土棲節肢動物是土壤生態系統的重要組成成分之一，國外研究歷時已久，但直到20世紀50年代才真正作為一門學科發展起來[2]。起初，研究主要集中于土壤生物對土壤有機質分解的影響。80～90年代土壤生物對土壤結構和質量演變過程的影響引起了廣泛的關注。本世紀初研究熱點轉向土壤生物對環境污染物及生態系統健康的指示作用[3]。中國對土棲節肢動物進行系統性的研究工作始于1981年。從研究的內容看中國大多集中在森林生態及草原生態系統中。在農田生態系統中除了對特定種類進行種群生態學研究外，還對某一區域開展了土棲節肢動物類群調查數量統計工作[4]。土棲節肢動物生物量的多寡，活動能力的強弱與土壤環境條件關系密切，因此調整土壤有機碳、全氮含量，是有效發揮土棲節肢動物作用的前提[5]。土棲節肢動物中跳蟲、螨蟲和線蟲是土棲節肢動物的三大類群，在土壤生態系統中的作用目前尚未明確。研究土壤理化因子與土棲節肢動物關系，為進一步探討其在生態系統中的作用打下基礎[6]。

本文在黑龍江大學呼蘭校區（中國農業科學院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—雜糧四區輪作制近60年的50hm2試驗田中，調查并探討經多年穩定的“四區”輪作種植影響，農田土壤不同生態條件下土壤理化因子與土棲節肢動物群落結構特征之間的關系，為深入研究土棲節肢動物的功能并制定合理的農田耕作輪作制提供理論依據[7，8]。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點、材料

于2008年3月31日在黑龍江大學呼蘭校區（中國農業科學院甜菜研究所）大豆—玉米—甜菜—雜糧四區輪作制近60年的50hm2試驗田中選取上年栽種玉米、大豆、甜菜、雜糧農田的土壤及相鄰農田防護林帶的土壤為試驗材料。每個土樣的取樣面積為10×10cm2，深度為0～10cm。每塊樣地取3個土樣，共取土樣15個。

1.2 試驗方法

1.2.1 土棲節肢動物的分離和鑒定 土棲節肢動物用干漏斗法分離提取。干漏斗法采用40W光照分離器，連續進行24h分離提取土棲節肢動物[9]。每次分離土壤100g，共分離8次。將分離出的土棲節肢動物分類鑒定并統計數量[10]。

1.2.2 土壤理化因子測定 測定土壤水分、pH值、土壤有機碳、全氮養分等理化因子，測定方法如下[11]：

（1）土壤含水量采用了烘干法（溫度為105℃）測定；（2）pH值用pHS-3酸度計測量；（3）土壤有機碳含量用重鉻酸鉀-外加熱法測定；（4）土壤全氮含量用半微量凱氏法測定。

2 結果與分析

2.1 數據分析方法

采用如下參數進行多樣性分析：

（1）Shannon-Wiener多樣性指數公式（H）：

式中：Pi=ni/N，表明i個種的相對多度；ni——第i個種的個體數目；N——群落中所有種的個體總數。

（2）Pielou 均勻度指數公式（J）：

式中：H——Shannon-Wiener多樣性指數；S——類群數。（3）Simpson 優勢度指數公式（D）：

式中：Pi=ni/N；ni——第i個種的個體數目；N——群落中所有種的個體總數。

式中：S——類群數；N——全部種的個體數。

表1 不同土壤生態條件土棲節肢動物數量與組成

2.2 土棲節肢動物種類和數量組成

在黑龍江大學呼蘭校區栽種4種不同植物的農田土壤中，共收集土棲節肢動物214只，隸屬于節肢動物門的昆蟲綱和蛛形綱，其中優勢種類為彈尾目和蜱螨目，分別占總個體數的63.08%和32.71%；常見類群為雙翅目，占總個體數的3.27%；稀有類群為盲蛛目，占總個體數的0.94%（見表1）。

2.2.1 黑龍江大學呼蘭校區農田土棲節肢動物名錄

2.2.2 不同土壤生態條件土棲節肢動物的種類和數量的組成 從呼蘭校區土棲節肢動物類個體數在不同生態環境中的水平配置狀況可以看出，個體數：農田防護林帶的土壤＞上年栽種玉米農田的土壤＞上年栽種甜菜農田的土壤＞上年栽種雜糧農田的土壤＞上年栽種大豆農田的土壤。說明農田防護林帶土壤的生境條件略優于上年栽種大豆農田的土壤；整個群落土棲節肢動物的水平分布具有不均勻性（表2）。

表2 不同土壤生態條件土棲節肢動物數量統計

2.3 群落結構的重要指標

由測定結果比較可知，上年栽種大豆農田的土壤的優勢度指數最小，因此它的多樣性和均勻性指數都較高，其個體數多于其它類型土壤（見表3）。

2.4 土壤理化因子與土棲節肢動物群落結構關系

土棲節肢動物是農田土壤生態系統中衡量土壤養分循環的重要生物學指標。分析表明，土壤理化因子對土棲節肢動物的影響較大。一般情況下，土壤有機碳、全氮含量高，土棲節肢動物的個體數多（表4）。

測定結果表明，土壤理化因子和土棲節肢動物有著顯著相關性：土壤有機碳、全氮含量高，土棲節肢動物的組成豐富，個體數多。農田防護林帶的土壤有機碳、全氮含量最高，土棲節肢動物個體數明顯高于其它類型土壤（圖1－甲，1-乙）。

土壤pH值是土棲節肢動物分布的限制因素，大多數土棲節肢動物適宜在微酸性和中性條件下生存。調查表明，pH值為6.45的農田防護林帶的土壤的土棲節肢動物組成較為豐富（圖1-丙）。在調查測定的土樣范圍內，5種不同農田土壤中的水分含量無顯著差異，因此水分含量對土棲節肢動物類群的發生分布無明顯影響。

表3 不同群落土棲節肢動物多樣性群落指標

表4 不同生態條件土壤理化醫子與土棲節肢動物的關系

3 結論與討論

3.1 結論

（1）在栽種5種不同作物的農田土壤中，共收集土棲節肢動物214只，隸屬于節肢動物門的昆蟲綱和蛛形綱，其中優勢種類為彈尾目和蜱螨目；常見類群為雙翅目；稀有類群為盲蛛目。

（2）在調查測定的土樣范圍之內：土壤有機碳、全氮含量與土棲節肢動物個體數量呈正比例關系。土壤pH值是土棲節肢動物分布的限制因素，大多數土棲節肢動物適宜在微酸性和中性條件下生存。

（3）優勢度指數愈大，多樣性與均勻性指數愈低。由測定結果比較可知，農田防護林帶土壤的優勢度指數最小，因此它的多樣性和均勻性指數都較高，其節肢動物個體數高于其它樣地。

3.2 討論

（1）栽種玉米、大豆、甜菜、雜糧四塊不同農田的土壤由于一年之中的耕、翻、耙、播、壓等農事活動，土壤生態系統擾動頻繁劇烈，對土棲節肢動物類群的發生分布影響尚未明確。

（2）盡管土棲節肢動物種類十分豐富，但限于收集、分類、鑒定工作不盡完善以及對土壤節肢動物的生態功能缺乏了解，研究的內容有待深入。

[1]Volkmar W.Biodiversity of soil animals and its function[J].European Journal of Soil Biology,2001,37：221-227.

[2]張志罡，孫繼英，胡波，等.土壤動物研究綜述[J].生命科學研究，2006，10(4)：72-75.

[3]Pankhurst C E,Hawke B G,McDonald H J,et al.Evaluation of soil biological properties as potential bioindicators of soil health[J].Australian Journal of Experimental Agriculture,1995,35:1015-1028.

[4]武海濤，呂憲國，楊青，等.土壤動物主要生態特征與生態功能研究進展[J].土壤學報，2006，43(2)：314-323.

[5]向昌國，楊世俊，聶琴.土壤動物對土壤環境的生物指示作用[J].中國農學通報，2007，23(4)：364-367.

[6]張雪萍.大興安嶺森林生態系統土壤動物結構及其功能研究[D].北京：北京林業大學，2006.

[7]孫元，王貴強.甜菜田生態系統土棲節肢動物彈尾蟲的研究[J].中國糖料，2008(2)：73-74.

[8]孫元，王貴強.昆蟲分類與分布[M]北京：中國農業科學技術出版社，2008，418-421.

[9]尹文英.中國土壤動物[M].北京：科學出版社，2000：9-56.

[10]尹文英.中國土壤動物檢索圖鑒[M].北京：科學出版社，1998：13-39.

[11]鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業出版社，1999：25-38.